Экологический аспект комплексного подхода организации дорожного движения

В связи с широким спектором недостатков организации дорожного движения в России ряд экспертов предлагают комплексный подход решения этой проблемы. Один из примеров такого подхода является создание автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУДД), проведение организационных мероприятий (ограничение движения, введение платного проезда) и осуществление мер градостроительного характера.

Мировой опыт создания и внедрения АСУДД в адаптивном режиме доказывает, что проведение мероприятий в сфере создания систем управления дорожным движением позволяет достичь следующих результатов:

• -    снижение транспортных задержек на 15 - 40%;

• -    повышение пропускной способности улично-дорожной сети на 10 -15% при незначительных капиталовложениях;

• -    сокращение времени поездки на 15-20 %;

• -    уменьшение вредных выбросов на 20-25% [1].

Но для успешного внедрения такого комплекса мераприятий необходимо, чтобы модели и даные, заложенные в основу АСУДД, были адекватны сложившейся дорожной ситуации.

Один из вариантов решения этой проблемы является накопления большого количества исследовательских и экспериментальных данных, что зачастую чревато человеческими жертвами и материальным ущербом (так как необходимо учесть возможность возникновения дорожнотранспортных происшествий), значительными материальными затратами и длительностью ведения наблюдений.

Другим методом получения подобных данных является система компьютерно-иммитационного моделирования. Исходным материалом для её работы является относительно небольшая выборка из исследовательских данных и экспертные оценки. При условии адекватности моделей, заложенных в основу данной системы этот метод дает подобный результат значительно быстрее, дешевле и без жертв и экономического ущерба. В связи с этим предлагается следующий подход к реализации компьютерно- иммитационного моделирования дорожного движения.

Имитационные модели транспортного потока на рассматриваемом фрагменте сложной системы “водитель – автомобиль – дорога – окружающая среда” (ВАДС) подробно описывают поведение каждого участника движения одновременно (водителя, пешехода и других). При этом учитываются все основные факторы, которые влияют на поведение участника движения, приводящего к изменению его режима движения. Математической основой такого описания является схема динамической системы с джокером [2]. Говоря вкратце, это означает следующее каждый участник движения (элемент системы ВАДС) описывается набором параметров, изменяющихся во времени. Множество всех возможных значений параметров определяет пространство состояний рассматриваемого элемента. Изменение параметров элемента во времени в общем случае является решением системы дифференциальных уравнений, определяемых (законы движения) в теории движения автомобиля, пешехода и так далее. Пространство состояний рассматриваемой системы в целом в данный момент времени есть прямое произведение пространства состояний составляющих ее элементов. Необходимость возможно более полного учета различных влияющих факторов для адекватного описания режимов движения элементов системы определило размерность их пространства состояний от 15 до 40, в зависимости от типа элемента и требований к точности его описания. Таким образом, если рассматриваемый фрагмент ВАДС содержит 100-500 элементов одновременно (часто встречающиеся случаи), то размерность его состояния достаточно велика.

Элементы системы движутся в ее пространстве состояний по заданным законам движения до тех пор, пока им не требуется по разным причинам изменить режим своего движения. Причинами изменения режима движения являются различные наступающие в процессе движения дорожно-транспортные ситуации. Например, автомобиль подъезжает к повороту и ему требуется повернуть направо, автомобиль подъезжает к перекрестку в момент красного сигнала светофора, автомобиль догоняет впереди идущий по своей полосе движения, автомобиль решил сменить полосу движения и так далее. Таких ситуаций в процессе движения может возникнуть достаточно много. В имитационных моделях все такие ситуации формально описаны и представлены как подмножество пространства состояний рассматриваемой системы. Состояния такого рода называются особыми.

Моменты наступления особых состояний для каждого элемента системы является решениями системы уравнений, включающими в себя законы движения и описание множества особых состояний в пространстве состояний системы.

Движение элементов может также скачкообразно изменятся вследствии поступления в рассматриваемую систему сигналов извне. Семейство имитационных моделей предусматривает широкий набор формализованных внешних сигналов и соответствующий набор формальных реакций системы на их поступление. Моменты поступления входных сигналов различных типов также носят стохастический характер.

Итак, функционирование системы во времени происходит по законам движения до тех пор, пока ее траектория не достигнет какого-либо особого состояния или пока не поступит некоторый входной сигнал. В момент наступления одного из указанных событий происходит скачкообразное изменение состояния системы, после чего ее функционирование во времени происходит опять по заданным законам движения, но с соответственно измененными параметрами, до тех пор, пока траектория движения не достигнет нового особого состояния или не поступит новый входной сигнал и так далее. В большинстве случаев такое скачкообразное изменение носит вероятностный характер. После скачка элемент движется по указанным выше законам движения, но с измененными, вследствии скачка, параметрами.

Описанную выше схему динамической системы с джокером можно также трактовать как случайный марковский (или полумарковский) процесс с кусочно-непрерывными траекториями в пространствах переменной размерности.

Семейство имитационных моделей разрабатывалось в течение длительного периода и все модели прошли многоэтапную оценку пригодности, давшую положительные результаты.

Использование описанного подхода позволяет по новому подойти к оценке влияния автотранспортного потока на окружающую среду. Данные, полученные в результате компьютерного имитационного моделирования движения автотранспортного потока позволяют выявить места максимального воздействия выхлопных газов автомобилей и других негативных факторов на окружающую среду. С другой стороны, на основе собранной информации можно построить средневзвешенную (уровень загрязнения на 1 человека, проживающего на данной территории) карту негативного влияния автотранспортного потока[3].

Аппарат комбинирования моделей неопределенности позволяет подготовить адекватное микроописание объектов ВАДС, на основе чего и возможно проведение компьютерного имитационного моделирования.